論文の概要: Matching Generalized-Bicycle Codes to Neutral Atoms for Low-Overhead Fault-Tolerance

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.16980v2
• Date: Sun, 3 Mar 2024 16:21:35 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-03-07 01:27:15.835597
• Title: Matching Generalized-Bicycle Codes to Neutral Atoms for Low-Overhead Fault-Tolerance
• Title（参考訳）: 低オーバーヘッド耐故障性のための一般自転車符号と中性原子とのマッチング
• Authors: Joshua Viszlai, Willers Yang, Sophia Fuhui Lin, Junyu Liu, Natalia Nottingham, Jonathan M. Baker, Frederic T. Chong
• Abstract要約: 本稿では,原子配列における空間効率のよい量子誤り訂正符号の制限セットを実装するためのプロトコルを提案する。 このプロトコルは、表面符号の最大10倍の物理量子ビットを必要とする一般化された自転車符号を可能にする。 また,一般化自転車符号と一般計算のための曲面符号を併用した概念量子メモリハイアアーチの評価を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.718509743812828
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Despite the necessity of fault-tolerant quantum sys- tems built on error correcting codes, many popular codes, such as the surface code, have prohibitively large qubit costs. In this work we present a protocol for efficiently implementing a restricted set of space-efficient quantum error correcting (QEC) codes in atom arrays. This protocol enables generalized-bicycle codes that require up to 10x fewer physical qubits than surface codes. Additionally, our protocol enables logical cycles that are 2-3x faster than more general solutions for implementing space- efficient QEC codes in atom arrays. We also evaluate a proof-of-concept quantum memory hier- archy where generalized-bicycle codes are used in conjunction with surface codes for general computation. Through a detailed compilation methodology, we estimate the costs of key fault- tolerant benchmarks in a hierarchical architecture versus a state-of-the-art surface code only architecture. Overall, we find the spatial savings of generalized-bicycle codes outweigh the overhead of loading and storing qubits, motivating the feasibility of a quantum memory hierarchy in practice. Through sensitivity studies, we also identify key program-level and hardware-level features for using a hierarchical architecture.
• Abstract（参考訳）: 誤り訂正符号に基づくフォールトトレラント量子sys-temの必要性にもかかわらず、表面符号のような多くの一般的な符号は、非常に大きな量子ビットコストを課している。 本研究では,原子配列内の量子誤り訂正(QEC)符号の制限セットを効率的に実装するためのプロトコルを提案する。 このプロトコルは、表面符号の最大10倍の物理量子ビットを必要とする一般化自転車符号を可能にする。 さらに,本プロトコルは,空間効率のよいQEC符号を原子配列に実装するよりも2～3倍高速な論理サイクルを実現する。 また,一般化自転車符号と一般計算のための曲面符号を併用した概念量子メモリハイアアーチの評価を行った。 詳細なコンパイル手法により、階層アーキテクチャにおける主要なフォールトトレラントベンチマークのコストを、最先端のサーフェスコードのみアーキテクチャと比較して見積もる。 全体として、一般化された二サイクル符号の空間的節約は、量子ビットのロードと保存のオーバーヘッドを上回っており、実際には量子メモリ階層の実現可能性を高めている。 センシティブな研究を通じて、階層アーキテクチャを使うための重要なプログラムレベルおよびハードウェアレベルの特徴を特定する。

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